JP6291329B2 - Pressure sensitive element, pressure sensor and display device - Google Patents

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Description

本発明は、感圧素子、および感圧素子を備える圧力センサやタッチ入力式の表示デバイスに関する。   The present invention relates to a pressure-sensitive element, a pressure sensor including the pressure-sensitive element, and a touch input type display device.

近年、医療や福祉、ロボット、バーチャルリアリティなどの各分野で触覚センシングの重要性が急拡大している。また、ノート型パソコンやスマートフォン、タブレット型端末などの携帯型電子機器では、ユーザのインターフェイスとしてタッチ式の入力デバイス（タッチ式デバイス）が広く採用されている。触覚センシングやタッチ式デバイスでは、ロボット等の機器やユーザの手指が対象物にタッチしたことの有無を定性的に検知するタッチセンサや、押圧力を定量的に検知する圧力センサが用いられている。   In recent years, the importance of tactile sensing has expanded rapidly in fields such as medical care, welfare, robots, and virtual reality. In portable electronic devices such as notebook computers, smartphones, and tablet terminals, touch input devices (touch devices) are widely used as user interfaces. In tactile sensing and touch-type devices, touch sensors that qualitatively detect whether a device such as a robot or a user's finger has touched an object, or pressure sensors that quantitatively detect pressing force are used. .

圧力センサは、感圧素子に負荷された押圧力によって変化する種々の物理量を計測し、この計測結果に基づいて押圧力を算出する。計測対象として採用される物理量やその計測方法には種々のものが提案されている。代表的な物理量として、半導体の抵抗率、面状の導体どうしの接触抵抗、導電性ゴムの抵抗率、圧電ポリマーの起電力などを挙げることができる。これらのうち、半導体の抵抗率を計測する半導体センサは、計測精度が優れているが、柔軟性が乏しいため感圧素子を大面積化することが困難である。導電性ゴムを用いた圧力センサは、曲げ変形の柔軟性はあるが、薄型化と耐久性に制約がある。圧電ポリマーの起電力を計測する面状センサは、計測精度が低いため押圧力の強弱を精度よく算出することが困難である。   The pressure sensor measures various physical quantities that change depending on the pressing force applied to the pressure-sensitive element, and calculates the pressing force based on the measurement result. Various physical quantities and measurement methods employed as measurement targets have been proposed. Typical physical quantities include semiconductor resistivity, contact resistance between planar conductors, conductive rubber resistivity, and electromotive force of piezoelectric polymer. Among these, the semiconductor sensor that measures the resistivity of the semiconductor has excellent measurement accuracy, but it is difficult to increase the area of the pressure-sensitive element due to poor flexibility. A pressure sensor using conductive rubber has flexibility in bending deformation, but is limited in thickness reduction and durability. A planar sensor that measures an electromotive force of a piezoelectric polymer has a low measurement accuracy, and thus it is difficult to accurately calculate the strength of a pressing force.

これに対し、接触抵抗を計測する面状センサは、柔軟性を持ち、大面積化や薄型化が可能であるという利点がある。特に、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）の技術を応用することで、高密度でありながら柔軟な曲げ変形が可能な面状の圧力センサを安価に提供することができると期待されている。   On the other hand, the planar sensor for measuring the contact resistance has an advantage that it has flexibility and can be increased in area and thickness. In particular, by applying a technology of flexible printed circuit (FPC), it is expected that a surface pressure sensor that can be flexibly deformed with high density can be provided at low cost.

特許文献１には、感圧センサモジュール構造（感圧素子）を入力検出部として有する表示入力装置が記載されている。この感圧センサモジュール構造は、互いに離間して対向する一対のセンサ電極が接触圧の負荷によって当接し、さらに接触圧の増大に伴ってセンサ電極どうしの接触抵抗が低減していく。一対のセンサ電極には負荷抵抗、駆動電源および比較回路が接続されており、この負荷抵抗に生じる電圧降下を計測することによってセンサ電極どうしの接触抵抗の変動を定量的に検知する。具体的には、特許文献１のセンサ電極は、円柱状にパターン形成された銀電極を、導電粒子を含む流動状の感圧インク（導電性ペースト）のスクリーン印刷によって包み込んだものである。かかる一対のセンサ電極を互いに押しつけることで感圧インクが圧縮され、導電粒子どうしが接近してセンサ電極の抵抗率が低下する。また、接触圧の増大に伴い、対向するセンサ電極どうしの接触状態がより密接になって接触抵抗も低下する。特許文献１では、感圧センサモジュール構造の抵抗範囲であるダイナミックレンジは５０Ωから５００ｋΩであるとされている。   Patent Document 1 describes a display input device having a pressure-sensitive sensor module structure (pressure-sensitive element) as an input detection unit. In this pressure-sensitive sensor module structure, a pair of sensor electrodes that are spaced apart from each other and come into contact with each other due to a contact pressure load, and the contact resistance between the sensor electrodes decreases as the contact pressure increases. A pair of sensor electrodes is connected to a load resistance, a driving power source, and a comparison circuit, and the variation in contact resistance between the sensor electrodes is quantitatively detected by measuring a voltage drop generated in the load resistance. Specifically, the sensor electrode of Patent Document 1 is obtained by enclosing a silver electrode patterned in a cylindrical shape by screen printing of fluid pressure-sensitive ink (conductive paste) containing conductive particles. When the pair of sensor electrodes are pressed against each other, the pressure-sensitive ink is compressed, and the conductive particles approach each other to reduce the resistivity of the sensor electrodes. Further, as the contact pressure increases, the contact state between the opposing sensor electrodes becomes closer and the contact resistance also decreases. In Patent Document 1, the dynamic range, which is the resistance range of the pressure-sensitive sensor module structure, is 50Ω to 500kΩ.

特許文献２には、接触圧に応じて接触抵抗が変化する面状の感圧部を、ベースフィルムに形成されたセンサ電極に対して離間して対向配置した圧力センサ（感圧素子）が記載されている。センサ電極は、銅や銀、アルミニウムなどの金属膜を成膜するほか、銅やナノカーボンなどの粒子を分散させた導電性ペーストを印刷塗工して作成されている。感圧部は、酸化銅や硫化銅などの金属酸化物からなる半導体である。このように、特許文献２の圧力センサでは、導体と半導体との接触抵抗を計測することで数ｋΩから数ＭΩという比較的高い抵抗値の領域にダイナミックレンジが形成されている。   Patent Document 2 describes a pressure sensor (pressure-sensitive element) in which a planar pressure-sensitive portion whose contact resistance changes in accordance with the contact pressure is disposed so as to face and separate from a sensor electrode formed on a base film. Has been. The sensor electrode is formed by forming a metal film such as copper, silver, or aluminum, and printing and applying a conductive paste in which particles such as copper or nanocarbon are dispersed. The pressure sensitive part is a semiconductor made of a metal oxide such as copper oxide or copper sulfide. Thus, in the pressure sensor of Patent Document 2, a dynamic range is formed in a relatively high resistance region of several kΩ to several MΩ by measuring the contact resistance between the conductor and the semiconductor.

特開２００９−１７６２４５号公報JP 2009-176245 A 特開２０１２−２４７３７２号公報JP 2012-247372 A

感圧素子を広汎な用途で使用するにあたっては、感圧素子が取り付けられる対象物を視認できることが好ましい。たとえば、タッチ式の携帯型電子機器の入力感度を向上するためには、ディスプレイ表示部の前面側に感圧素子を配置することが好ましい。ディスプレイ表示部は一般に高い曲げ剛性を有するため、タッチ操作した際の押圧力がディスプレイ表示部の内部で拡散して背面側に伝達されるためである。すなわち、感圧素子をディスプレイ表示部の背面側に配置した場合には、押圧力が広く分散して感圧素子に負荷されるため、計測感度が低下することとなる。   When the pressure sensitive element is used in a wide range of applications, it is preferable that an object to which the pressure sensitive element is attached can be visually recognized. For example, in order to improve the input sensitivity of a touch-type portable electronic device, it is preferable to dispose a pressure sensitive element on the front side of the display unit. This is because the display unit generally has a high bending rigidity, so that the pressing force when a touch operation is performed is diffused inside the display unit and transmitted to the back side. That is, when the pressure sensitive element is arranged on the back side of the display unit, the pressing sensitivity is widely dispersed and is applied to the pressure sensitive element, so that the measurement sensitivity is lowered.

また、発光体などの任意の物体の表面に圧力センサ（感圧素子）を装着してタッチ式で入力操作を行う場合には、この物体の視認性や発光量を損なわないことが求められる。しかしながら、特許文献１や特許文献２の圧力センサにおけるセンサ電極は、成膜された金属膜や導電性の微粒子を分散させた導電性ペーストからなるため、光を実質的に透過しないという問題がある。このため、特許文献１では表示部（ディスプレイ表示部）の背面側に感圧センサモジュール構造（感圧素子）を設けて、表示部を介在して押圧力を負荷せざるを得ない。   In addition, when a pressure sensor (pressure-sensitive element) is attached to the surface of an arbitrary object such as a light emitter and a touch-type input operation is performed, it is required that the visibility and light emission amount of the object are not impaired. However, since the sensor electrode in the pressure sensor of Patent Document 1 or Patent Document 2 is made of a conductive paste in which a formed metal film or conductive fine particles are dispersed, there is a problem that light is not substantially transmitted. . For this reason, in Patent Document 1, a pressure-sensitive sensor module structure (pressure-sensitive element) is provided on the back side of the display unit (display display unit), and a pressing force must be applied through the display unit.

一方、タッチ式デバイスでは、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide)などの透明導電材料を蒸着または気相成長させて透明電極や配線をパターン形成した光透過性のタッチセンサが広く用いられている。抵抗膜方式では、タッチ操作により透明電極が押圧されることにより当該位置に生じた電圧またはその変動を検知する。静電容量方式では、透明電極の静電容量の変化を検知する。しかしながら、この種の透明導電材料は高抵抗であるため、電圧や静電容量を精度よく測定することは困難である。このため、従来のタッチセンサは、タッチ入力の有無を定性的に検知するに留まるものであり、タッチした押圧力を圧力センサのように定量的に検知することはできない。   On the other hand, in touch-type devices, light-transmitting touch sensors are widely used in which transparent conductive materials such as indium tin oxide (ITO) are vapor-deposited or vapor-phase grown to form transparent electrodes and wiring patterns. . In the resistive film method, a voltage generated at the position or its variation is detected when the transparent electrode is pressed by a touch operation. In the capacitance method, a change in the capacitance of the transparent electrode is detected. However, since this type of transparent conductive material has high resistance, it is difficult to accurately measure voltage and capacitance. For this reason, the conventional touch sensor only detects qualitatively the presence or absence of touch input, and cannot detect the pressing force touched quantitatively like a pressure sensor.

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、取り付けられる対象物の視認性を損なうことなくタッチ操作などで負荷された押圧力を定量的に検知することが可能な感圧素子、およびかかる感圧素子を備える圧力センサその他の各種機器を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a pressure-sensitive element capable of quantitatively detecting a pressing force applied by a touch operation or the like without impairing the visibility of an object to be attached. And a pressure sensor and other various devices including such a pressure sensitive element.

本発明によれば、透明導電層と、複数の光透過性のセンサ電極がパターン形成され、前記透明導電層に対向して配置された透明絶縁層と、前記センサ電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、前記透明絶縁層は、前記センサ電極を収容する開口部を有し、前記透明絶縁層と前記センサ電極における前記透明導電層に対向する表面との間に段差が形成されて前記センサ電極が前記透明導電層と離間しており、前記開口部は、前記センサ電極から前記透明導電層に向って大径に拡大する拡径部を備え、押圧力が負荷されることにより前記透明導電層と前記センサ電極との接触抵抗が変動する光透過性の感圧素子が提供される。 According to the present invention, a transparent conductive layer, a plurality of light-transmitting sensor electrodes are patterned, a transparent insulating layer disposed opposite to the transparent conductive layer, and a voltage application for applying a voltage to the sensor electrode The transparent insulating layer has an opening for accommodating the sensor electrode, and a step is formed between the transparent insulating layer and a surface of the sensor electrode facing the transparent conductive layer. The sensor electrode is separated from the transparent conductive layer, and the opening includes a diameter-expanding portion that expands from the sensor electrode toward the transparent conductive layer to a large diameter. There is provided a light transmissive pressure sensitive element in which a contact resistance between a transparent conductive layer and the sensor electrode varies.

また、本発明によれば、上記の感圧素子と、前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備える圧力センサが提供される。   Moreover, according to this invention, a pressure sensor provided with said pressure sensitive element and the detection means which is electrically connected to the said voltage application part and detects the said contact resistance quantitatively is provided.

また、本発明によれば、文字、図形または記号を表示するディスプレイ表示部を備える表示デバイスであって、前記ディスプレイ表示部の前面側に取り付けられた上記の感圧素子と、前記感圧素子の前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備え、前記接触抵抗を示す筆圧情報および前記接触抵抗が変動した前記センサ電極の二次元位置を示すタッチ位置情報を前記検知手段から取得する表示デバイスが提供される。   Further, according to the present invention, there is provided a display device including a display display unit for displaying characters, figures, or symbols, the pressure sensitive element mounted on the front side of the display display unit, and the pressure sensitive element. Detecting means for quantitatively detecting the contact resistance connected to the voltage application unit, and writing pressure information indicating the contact resistance and a two-dimensional position of the sensor electrode where the contact resistance fluctuates. A display device is provided that obtains touch position information to be shown from the detection means.

本発明の感圧素子および圧力センサによれば、センサ電極を含む感圧素子の全体が光透過性であるため、本発明の感圧素子が取り付けられる対象物の視認性を損なうことがない。そして、電圧が印加されたセンサ電極と透明導電層との接触抵抗の変動を、電流値や電圧降下等の種々の物理量の計測に基づいて検知することにより、感圧素子に負荷された押圧力を定量的に知得することができる。また、本発明の感圧素子を備える表示デバイスによれば、ディスプレイ表示部の視認性を損なうことなく押圧力を高い精度で知得できるため、タッチ操作した際の押圧力を筆圧情報として取得することが可能である。   According to the pressure-sensitive element and the pressure sensor of the present invention, the entire pressure-sensitive element including the sensor electrode is light-transmitting, so that the visibility of the object to which the pressure-sensitive element of the present invention is attached is not impaired. The pressure applied to the pressure-sensitive element is detected by detecting variations in contact resistance between the sensor electrode to which the voltage is applied and the transparent conductive layer based on measurement of various physical quantities such as a current value and a voltage drop. Can be known quantitatively. Further, according to the display device including the pressure-sensitive element of the present invention, the pressing force can be obtained with high accuracy without impairing the visibility of the display unit, so the pressing force at the time of touch operation is acquired as writing pressure information. Is possible.

本発明の第一実施形態の感圧素子にかかる断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram concerning the pressure sensitive element of 1st embodiment of this invention. 第一実施形態の感圧素子を備える圧力センサの平面模式図である。It is a plane schematic diagram of a pressure sensor provided with the pressure sensitive element of 1st embodiment. （ａ）は感圧素子を小さな押圧力で押圧した状態を示す断面模式図であり、（ｂ）は感圧素子を大きな押圧力で押圧した状態を示す断面模式図である。(A) is a cross-sectional schematic diagram which shows the state which pressed the pressure sensitive element with the small pressing force, (b) is a cross-sectional schematic diagram which shows the state which pressed the pressure sensitive element with the large pressing force. 第一実施形態の感圧素子のセンサ電極および引出配線の平面図である。It is a top view of the sensor electrode and extraction wiring of the pressure sensitive element of a first embodiment. 感圧素子の感圧特性の実験例を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental example of the pressure-sensitive characteristic of a pressure-sensitive element. （ａ）は第一実施形態の感圧素子を備える表示デバイスの一部切欠斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面模式図である。(A) is a partially cutaway perspective view of a display device including the pressure-sensitive element of the first embodiment, and (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of (a). 本発明の第二実施形態の感圧素子にかかる断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram concerning the pressure sensitive element of 2nd embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.

なお、以下の説明では上下方向を規定して説明する場合があるが、これは構成要素の相対的な位置関係を説明するために便宜的に規定するものであり、重力方向の上下とは必ずしも一致しない。また、平面や面状とは、断りなき場合、略平坦であることを意味し、幾何学的に完全な平面であることを要するものではない。   In the following description, there is a case where the vertical direction is specified, but this is provided for the purpose of explaining the relative positional relationship of the components, and the vertical direction in the gravity direction is not necessarily It does not match. In addition, a plane or a surface shape means substantially flat unless otherwise specified, and does not require a geometrically perfect plane.

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態の感圧素子１００にかかる断面模式図である。図２は、本実施形態の感圧素子１００を備える圧力センサ２００の平面模式図である。図２では、透明絶縁層３０および感圧カバー１０を図示省略してセンサ電極２０および引出配線４２が露出した状態を示している。はじめに、本実施形態の感圧素子１００および圧力センサ２００の概要について説明する。 <First embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the pressure-sensitive element 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of a pressure sensor 200 including the pressure sensitive element 100 of the present embodiment. In FIG. 2, the transparent insulating layer 30 and the pressure sensitive cover 10 are not shown, and the sensor electrode 20 and the lead wiring 42 are exposed. First, an outline of the pressure-sensitive element 100 and the pressure sensor 200 of the present embodiment will be described.

感圧素子１００は、透明導電層１２、透明絶縁層３０および電圧印加部４０を備えている。透明絶縁層３０は、複数の光透過性のセンサ電極２０がパターン形成され、透明導電層１２に対向して配置されている。電圧印加部４０は、センサ電極２０に電圧を印加する部位である。本実施形態の感圧素子１００は光透過性を有し、押圧力が負荷されることにより透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗が変動する。   The pressure sensitive element 100 includes a transparent conductive layer 12, a transparent insulating layer 30, and a voltage application unit 40. The transparent insulating layer 30 has a plurality of light-transmitting sensor electrodes 20 formed in a pattern and is disposed to face the transparent conductive layer 12. The voltage application unit 40 is a part that applies a voltage to the sensor electrode 20. The pressure-sensitive element 100 according to the present embodiment has optical transparency, and the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 varies when a pressing force is applied.

圧力センサ２００は、感圧素子１００と、電圧印加部４０に電気的に接続されて接触抵抗を定量的に検知する検知部２１０と、を備えている。圧力センサ２００は、原理として接触抵抗変化を利用した抵抗変化型のセンサであり、圧力を連続的に検知できる分布センサである。   The pressure sensor 200 includes a pressure-sensitive element 100 and a detection unit 210 that is electrically connected to the voltage application unit 40 and quantitatively detects contact resistance. The pressure sensor 200 is a resistance change type sensor that utilizes a contact resistance change in principle, and is a distributed sensor that can continuously detect pressure.

本実施形態の感圧素子１００は、計測可能な物理量が外部からの押圧力の負荷によって変動するデバイスである。本実施形態の感圧素子１００は、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗が変動する。接触抵抗の変動量は押圧力と相関しており、接触抵抗を定量的に検知することで押圧力を定量化することができる。なお、押圧力を定量的に検知する、とは、押圧力を連続的に検知することのほか、押圧力を複数段階に離散的に検知することを含む。なお、押圧力は感圧素子１００の主面の単位面積あたりに負荷される荷重であり、圧力の単位（Ｎ／ｍ２など）で表すことができる。ただし、本実施形態においては、特に断りなき場合、単位面積に換算していない荷重（単位はＮなど）を押圧力と呼称する場合がある。 The pressure-sensitive element 100 of the present embodiment is a device in which a measurable physical quantity varies depending on a load of an external pressing force. In the pressure sensitive element 100 of the present embodiment, the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 varies. The fluctuation amount of the contact resistance correlates with the pressing force, and the pressing force can be quantified by quantitatively detecting the contact resistance. Note that quantitatively detecting the pressing force includes not only detecting the pressing force continuously but also detecting the pressing force discretely in a plurality of stages. The pressing force is a load applied per unit area of the main surface of the pressure-sensitive element 100 and can be expressed in a unit of pressure (N / m 2 or the like). However, in this embodiment, unless otherwise specified, a load (unit is N or the like) that is not converted to a unit area may be referred to as a pressing force.

透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗を計測する方法は特に限定されないが、一例として、センサ電極２０に接続されている電圧印加部４０に所定の電圧を印加し、この電圧印加部４０を流れる電流値を測定して接触抵抗に換算するとよい。本発明において、接触抵抗を定量的に検知するとは、接触抵抗またはその変動量を直接的に計測することのほか、電流値や電圧値など接触抵抗またはその変動量に換算可能な他の物理量を計測することを含む。本実施形態の感圧素子１００は、圧力センサ２００のほか、表示デバイス３００（図６を参照）などの機器においてタッチ入力するためのユーザインターフェイスとして用いることができる。   A method for measuring the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is not particularly limited. As an example, a predetermined voltage is applied to the voltage application unit 40 connected to the sensor electrode 20, and the voltage application unit 40 is applied. It is good to measure the value of the current flowing through and convert it to contact resistance. In the present invention, to detect contact resistance quantitatively, in addition to directly measuring contact resistance or its fluctuation amount, other physical quantities that can be converted into contact resistance or its fluctuation amount, such as current value and voltage value. Including measuring. In addition to the pressure sensor 200, the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment can be used as a user interface for touch input in a device such as the display device 300 (see FIG. 6).

図２に示すように、本実施形態の圧力センサ２００は、感圧素子１００および検知部２１０で構成される。検知部２１０は、電圧印加部４０に電圧を印加する電源部（不図示）と、押圧力が負荷されたセンサ電極２０および当該押圧力を算出する処理部（不図示）と、を含む。本実施形態のセンサ電極２０は、一対の第一電極２１および第二電極２２の組み合わせからなり、センサ電極２０に押圧力が負荷されることで第一電極２１と第二電極２２とが導通して引出配線４２に電流が流れる。より具体的には、図２に示す感圧素子１００は５対のセンサ電極２０ａ〜２０ｅを備え、これらのセンサ電極２０ａ〜２０ｅには６本の引出配線４２ａ〜４２ｆが接続されている。センサ電極２０ａ〜２０ｅには電圧印加部４０を通じて電源部によって電圧が印加されている。たとえば、センサ電極２０ｅに押圧力が負荷されることで第一電極２１と第二電極２２とが導通し、引出配線４２ｅおよび引出配線４２ｆに電流が流れる。後述するように、センサ電極２０ｅに負荷される押圧力が大きくなるほどセンサ電極２０と透明導電層１２（図１を参照）との接触抵抗は小さくなるため、引出配線４２ｅおよび引出配線４２ｆには大きな電流が流れる。処理部は、かかる電流値に基づいてセンサ電極２０ｅに負荷された押圧力を定量的に算出する。これにより、本実施形態の感圧素子１００を圧力センサ２００として用いることができる。   As shown in FIG. 2, the pressure sensor 200 of this embodiment includes a pressure sensitive element 100 and a detection unit 210. The detection unit 210 includes a power supply unit (not shown) that applies a voltage to the voltage application unit 40, a sensor electrode 20 loaded with a pressing force, and a processing unit (not shown) that calculates the pressing force. The sensor electrode 20 of the present embodiment is a combination of a pair of a first electrode 21 and a second electrode 22, and the first electrode 21 and the second electrode 22 are brought into conduction when a pressing force is applied to the sensor electrode 20. As a result, a current flows through the lead wiring 42. More specifically, the pressure-sensitive element 100 shown in FIG. 2 includes five pairs of sensor electrodes 20a to 20e, and six lead wires 42a to 42f are connected to the sensor electrodes 20a to 20e. A voltage is applied to the sensor electrodes 20 a to 20 e by the power supply unit through the voltage application unit 40. For example, when the pressing force is applied to the sensor electrode 20e, the first electrode 21 and the second electrode 22 are brought into conduction, and a current flows through the lead wiring 42e and the lead wiring 42f. As will be described later, since the contact resistance between the sensor electrode 20 and the transparent conductive layer 12 (see FIG. 1) decreases as the pressing force applied to the sensor electrode 20e increases, the extraction wiring 42e and the extraction wiring 42f have a larger resistance. Current flows. The processing unit quantitatively calculates the pressing force applied to the sensor electrode 20e based on the current value. Thereby, the pressure sensitive element 100 of this embodiment can be used as the pressure sensor 200.

なお、本実施形態において圧力センサ２００とは、外部から負荷された押圧力を定量的に検知して出力するデバイスである。圧力センサ２００が出力する検知結果の情報は特に限定されず、押圧力もしくは面圧の分布、またはこれらから換算可能な他の物理量とすることができる。たとえば、圧力センサ２００で検知された面圧を、当該圧力センサ２００に衝突する気流や水流の流速に換算して出力してもよい。   In the present embodiment, the pressure sensor 200 is a device that quantitatively detects and outputs a pressing force loaded from the outside. The information on the detection result output by the pressure sensor 200 is not particularly limited, and may be a distribution of the pressing force or the surface pressure, or another physical quantity that can be converted from these. For example, the surface pressure detected by the pressure sensor 200 may be converted into an air flow or a water flow velocity that collides with the pressure sensor 200 and output.

次に、感圧素子１００について詳細に説明する。   Next, the pressure sensitive element 100 will be described in detail.

図１に示すように、本実施形態の感圧素子１００は、光透過性のベースシート５０に、開口部３２を持った透明絶縁層３０と光透過性の感圧カバー１０とを積層してなり、全体に光透過性のフレキシブルなシート状に形成されている。透明絶縁層３０の開口部３２にはセンサ電極２０が収容されている。透明絶縁層３０とセンサ電極２０とは少なくとも一部厚さにおいて互いに重複しており、言い換えるとセンサ電極２０は透明絶縁層３０と同層に設けられており、センサ電極２０は透明絶縁層３０にパターン形成されている。感圧カバー１０は、ともに光透過性の透明導電層１２とカバーフィルム１４とを積層してなる。センサ電極２０はベースシート５０の上面に設けられ、透明導電層１２はカバーフィルム１４の下面に設けられており、センサ電極２０と透明導電層１２とは任意で空隙を介在して直接に対面している。   As shown in FIG. 1, the pressure-sensitive element 100 according to this embodiment includes a light-transmitting base sheet 50 and a transparent insulating layer 30 having an opening 32 and a light-transmitting pressure-sensitive cover 10 stacked on each other. Thus, it is formed in a light-transmitting flexible sheet shape as a whole. The sensor electrode 20 is accommodated in the opening 32 of the transparent insulating layer 30. The transparent insulating layer 30 and the sensor electrode 20 are at least partially overlapped with each other in thickness. In other words, the sensor electrode 20 is provided in the same layer as the transparent insulating layer 30, and the sensor electrode 20 is disposed on the transparent insulating layer 30. A pattern is formed. The pressure-sensitive cover 10 is formed by laminating a light-transmissive transparent conductive layer 12 and a cover film 14. The sensor electrode 20 is provided on the upper surface of the base sheet 50, the transparent conductive layer 12 is provided on the lower surface of the cover film 14, and the sensor electrode 20 and the transparent conductive layer 12 are directly facing each other through a gap. ing.

なお、本実施形態においてシートとフィルムとは同義であって互いに区別せず、いわゆる板状やプレート状も含む。   In the present embodiment, a sheet and a film are synonymous and are not distinguished from each other, and include a so-called plate shape and plate shape.

透明導電層１２は、透明絶縁層３０と接触することにより互いに導通し、かつ透明絶縁層３０との接触圧に応じて透明絶縁層３０との接触抵抗が変動する部材である。本実施形態のセンサ電極２０は、互いに離間して配置された一対の第一電極２１および第二電極２２からなり、透明導電層１２が第一電極２１と第二電極２２とに跨って当接することで第一電極２１と第二電極２２とが導通する。感圧素子１００は、複数式のセンサ電極２０を備えている（図２を参照）。図１では、このうち１式のセンサ電極２０のみを図示している。   The transparent conductive layer 12 is a member that conducts with each other by being in contact with the transparent insulating layer 30, and the contact resistance with the transparent insulating layer 30 varies according to the contact pressure with the transparent insulating layer 30. The sensor electrode 20 of the present embodiment includes a pair of first electrode 21 and second electrode 22 that are spaced apart from each other, and the transparent conductive layer 12 abuts over the first electrode 21 and the second electrode 22. Thus, the first electrode 21 and the second electrode 22 are electrically connected. The pressure sensitive element 100 includes a plurality of sensor electrodes 20 (see FIG. 2). In FIG. 1, only one set of sensor electrodes 20 is shown.

本実施形態の透明導電層１２はカバーフィルム１４の略全面に一様にベタ形成された導電膜であり、引出配線４２は第一電極２１と第二電極２２にそれぞれ接続して設けられている（図２を参照）。すなわち、センサ電極２０に対向して設けられる透明導電層１２は、複数のセンサ電極２０を包含する広域領域に亘って形成されている。後述するように透明導電層１２の表面抵抗が大きいことで、センサ電極２０と透明導電層１２との接触抵抗の変動幅（ダイナミックレンジ）を大きくすることができる。一方で、透明導電層１２の表面抵抗が大きくても、本実施形態のように透明導電層１２を広域領域に亘って形成することで、透明導電層１２における電圧降下を抑制することができる。そして、透明導電層１２をカバーフィルム１４の略全面にベタ形成することで、いずれのセンサ電極２０にタッチした場合にも、透明導電層１２における電圧降下を均一に抑制することができる。   The transparent conductive layer 12 of this embodiment is a conductive film that is uniformly formed on substantially the entire surface of the cover film 14, and the lead-out wiring 42 is provided so as to be connected to the first electrode 21 and the second electrode 22, respectively. (See FIG. 2). That is, the transparent conductive layer 12 provided to face the sensor electrode 20 is formed over a wide area including the plurality of sensor electrodes 20. As described later, since the surface resistance of the transparent conductive layer 12 is large, the fluctuation range (dynamic range) of the contact resistance between the sensor electrode 20 and the transparent conductive layer 12 can be increased. On the other hand, even if the surface resistance of the transparent conductive layer 12 is large, a voltage drop in the transparent conductive layer 12 can be suppressed by forming the transparent conductive layer 12 over a wide area as in this embodiment. Then, by forming the transparent conductive layer 12 on the substantially entire surface of the cover film 14, even when any sensor electrode 20 is touched, the voltage drop in the transparent conductive layer 12 can be suppressed uniformly.

なお、本実施形態に代えて、透明導電層１２は、第一電極２１および第二電極２２のそれぞれ一部または全部を包含する局所領域にパターン形成された島状の導電領域として形成してもよい。また、後述する第二実施形態のように、センサ電極２０を一個の電極で形成するとともに、センサ電極２０と透明導電層１２に引出配線４２をそれぞれ接続して設けてもよい。すなわち透明導電層１２は、カバーフィルム１４の略全体にベタ形成された導電膜でもよく、またはセンサ電極２０に対応する形状にパターン形成された対向電極でもよい。   Instead of the present embodiment, the transparent conductive layer 12 may be formed as an island-shaped conductive region patterned in a local region including part or all of the first electrode 21 and the second electrode 22. Good. Further, as in the second embodiment to be described later, the sensor electrode 20 may be formed by a single electrode, and the lead wire 42 may be connected to the sensor electrode 20 and the transparent conductive layer 12. That is, the transparent conductive layer 12 may be a conductive film that is solidly formed on substantially the entire cover film 14, or may be a counter electrode that is patterned in a shape corresponding to the sensor electrode 20.

透明導電層１２は、成膜された金属酸化物、導電性のナノワイヤー材料を絶縁性の透明樹脂材料に分散させた導電樹脂シート、または導電性ポリマー材料をシート状に成形した導電樹脂シートである。具体的には、金属酸化物としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明酸化物導電体や、透明基材に金属を薄く製膜して最表面を酸化させた酸化被膜つき金属膜を用いることができる。導電性のナノワイヤーとしては、銀ナノワイヤー、銅ナノワイヤーまたはカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Carbon Nano-Tube）を例示することができる。このうち、高抵抗で耐久性に優れる観点から、カーボンナノチューブを好適に用いることができる。導電性ポリマー材料としては、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレンおよびポリピロールを例示することができる。   The transparent conductive layer 12 is a conductive resin sheet obtained by dispersing a formed metal oxide, conductive nanowire material in an insulating transparent resin material, or a conductive polymer material into a sheet shape. is there. Specifically, as the metal oxide, a transparent oxide conductor such as indium tin oxide (ITO) or a metal film with an oxide film formed by thinly forming a metal on a transparent substrate and oxidizing the outermost surface is used. be able to. Examples of conductive nanowires include silver nanowires, copper nanowires, and carbon nanotubes (CNT: Carbon Nano-Tube). Among these, carbon nanotubes can be preferably used from the viewpoint of high resistance and excellent durability. Examples of the conductive polymer material include polythiophene, polyaniline, polyacetylene, and polypyrrole.

本実施形態の透明導電層１２の表面抵抗率は特に限定されないが、１ｋΩ／ｓｑ以上かつ１ＭΩ／ｓｑ以下が好ましい。このように透明導電層１２を高抵抗とすることで接触抵抗の変動幅が大きくなり、これを利用した圧力センサ２００として感圧素子１００の特性を好適に利用することができる。本実施形態において、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗の上限値は１０ＭΩ以上であり、かつ接触抵抗の下限値は１０ｋΩ以下である。ここで、透明導電層１２などの層状体では、電気はもっぱら層状体の表面を流れるため、厚み寸法を考慮しない単位面積あたりのシート抵抗を単位として層状体の抵抗を定義することができ、具体的にはΩ／□やΩ／ｓｑなどと表記する。   The surface resistivity of the transparent conductive layer 12 of this embodiment is not particularly limited, but is preferably 1 kΩ / sq or more and 1 MΩ / sq or less. Thus, by making the transparent conductive layer 12 have a high resistance, the fluctuation range of the contact resistance is increased, and the characteristics of the pressure-sensitive element 100 can be suitably used as the pressure sensor 200 using this. In the present embodiment, the upper limit value of the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is 10 MΩ or more, and the lower limit value of the contact resistance is 10 kΩ or less. Here, in the layered body such as the transparent conductive layer 12, electricity flows only on the surface of the layered body, so that the resistance of the layered body can be defined in units of sheet resistance per unit area without considering the thickness dimension. In particular, it is expressed as Ω / □ or Ω / sq.

透明導電層１２を支持するカバーフィルム１４には絶縁性の透明フィルムを用いることができる。具体的な材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）などのポリエステル；ポリカーボネート（ＰＣ）；透明ポリイミド（ＰＩ）；液晶ポリマーを使用することができる。上記の材料のうち１種または複数の樹脂材料を混合して用いることができる。   An insulating transparent film can be used for the cover film 14 that supports the transparent conductive layer 12. Specific examples of the material include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and cyclic polyolefin (COP); polycarbonate (PC); transparent polyimide (PI); liquid crystal polymer. One or more resin materials among the above materials can be mixed and used.

ベースシート５０は、可撓性かつ光透過性を有し、透明導電層１２または透明絶縁層３０を一方面５１側で支持する。本実施形態のベースシート５０は、図１の上面にあたる一方面５１で透明絶縁層３０を支持する基材である。ベースシート５０には、透明導電層１２として選択可能な上記の材料のいずれかを用いることができる。ベースシート５０とカバーフィルム１４とは同種材料でも異種材料でもよい。   The base sheet 50 is flexible and light transmissive, and supports the transparent conductive layer 12 or the transparent insulating layer 30 on the one surface 51 side. The base sheet 50 of the present embodiment is a base material that supports the transparent insulating layer 30 on one surface 51 corresponding to the upper surface of FIG. For the base sheet 50, any of the above materials that can be selected as the transparent conductive layer 12 can be used. The base sheet 50 and the cover film 14 may be the same material or different materials.

感圧カバー１０に押圧力が負荷されると、カバーフィルム１４は透明導電層１２とともに撓んで透明導電層１２がセンサ電極２０に押圧される。このため、カバーフィルム１４はベースシート５０よりも可撓性が高いことが好ましく、カバーフィルム１４の厚み寸法はベースシート５０の厚み寸法よりも小さいことが好ましい。   When a pressing force is applied to the pressure sensitive cover 10, the cover film 14 is bent together with the transparent conductive layer 12, and the transparent conductive layer 12 is pressed against the sensor electrode 20. For this reason, the cover film 14 is preferably more flexible than the base sheet 50, and the thickness dimension of the cover film 14 is preferably smaller than the thickness dimension of the base sheet 50.

ベースシート５０の上面には透明絶縁層３０が積層されている。透明絶縁層３０は、センサ電極２０を収容する開口部３２を有している。透明絶縁層３０は、センサ電極２０の形成領域およびその周囲を除き、ベースシート５０および引出配線４２（図２を参照）の略全面を機械的に保護して耐環境性を向上させる。透明絶縁層３０は、透明レジストなどの光硬化性または熱硬化性の光透過性の樹脂材料を、印刷法などにより開口部３２が開口したシート形状にパターニングしたのち、これを硬化させて作成することができる。このほか、透明絶縁層３０の製造方法としては、感圧カバー１０と略同形の光透過性のシート材料を用意し、このシート材料のうち開口部３２に対応する領域を打ち抜いて作成することができる。シート材料は熱可塑性樹脂でも熱または光硬化性樹脂でもよい。   A transparent insulating layer 30 is laminated on the upper surface of the base sheet 50. The transparent insulating layer 30 has an opening 32 that accommodates the sensor electrode 20. The transparent insulating layer 30 mechanically protects substantially the entire surface of the base sheet 50 and the lead-out wiring 42 (see FIG. 2) except for the area where the sensor electrode 20 is formed and its periphery, thereby improving environmental resistance. The transparent insulating layer 30 is formed by patterning a light-curable or thermosetting light-transmitting resin material such as a transparent resist into a sheet shape having openings 32 by a printing method or the like, and then curing the sheet. be able to. In addition, as a method for manufacturing the transparent insulating layer 30, a light-transmitting sheet material having substantially the same shape as the pressure-sensitive cover 10 is prepared, and a region corresponding to the opening 32 is punched out of the sheet material. it can. The sheet material may be a thermoplastic resin or a heat or photocurable resin.

透明絶縁層３０と、センサ電極２０における透明導電層１２に対向する表面２８との間には段差３４が形成されている。図１に示す自然状態で、センサ電極２０は透明導電層１２と離間している。これにより、感圧素子１００を湾曲または屈曲させて感圧カバー１０とセンサ電極２０とが面直方向に近づいたとしても透明導電層１２とセンサ電極２０とが不測に当接することがなく、誤動作を妨げる効果を発揮する。   A step 34 is formed between the transparent insulating layer 30 and the surface 28 of the sensor electrode 20 facing the transparent conductive layer 12. In the natural state shown in FIG. 1, the sensor electrode 20 is separated from the transparent conductive layer 12. As a result, even if the pressure sensitive element 100 is bent or bent and the pressure sensitive cover 10 and the sensor electrode 20 approach each other in the direction perpendicular to the surface, the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 are not inadvertently brought into contact with each other. Demonstrate the effect of preventing.

センサ電極２０のうち、透明導電層１２に対向する表面２８はメッキ処理されている。これにより、センサ電極２０の酸化や劣化を防止し、また透明導電層１２が繰り返して押圧されることによる耐摩耗性を向上させる。メッキ処理は、センサ電極２０の成膜時または成膜後の後工程で行うことができる。具体的なメッキ処理としては、黒ニッケルメッキなど、センサ電極２０を黒色にメッキするとよい。これにより、後述するようにセンサ電極２０をメッシュ電極とするにあたり、センサ電極２０を構成する導電ライン２４、２５（図４を参照）の視認性を低下させることができる。   A surface 28 of the sensor electrode 20 facing the transparent conductive layer 12 is plated. Thereby, the oxidation and deterioration of the sensor electrode 20 are prevented, and wear resistance due to repeated pressing of the transparent conductive layer 12 is improved. The plating process can be performed at the time of film formation of the sensor electrode 20 or in a post process after the film formation. As a specific plating process, the sensor electrode 20 may be plated black, such as black nickel plating. Thereby, when using the sensor electrode 20 as a mesh electrode as described later, the visibility of the conductive lines 24 and 25 (see FIG. 4) constituting the sensor electrode 20 can be reduced.

ベースシート５０の他方面５２側には、任意で粘着層５４が設けられていてもよい。これにより、感圧素子１００をディスプレイ表示部３１０（図６各図を参照）などの対象物に貼り付けて用いることができる。粘着層５４は剥離シート（図示せず）で保護されていてもよい。   An adhesive layer 54 may optionally be provided on the other surface 52 side of the base sheet 50. Thereby, the pressure sensitive element 100 can be affixed and used for objects, such as the display display part 310 (refer each figure of FIG. 6). The adhesive layer 54 may be protected by a release sheet (not shown).

透明絶縁層３０の非形成領域である開口部３２は、センサ電極２０から透明導電層１２に向って大径に拡大する拡径部３６を備えている。言い換えると、透明絶縁層３０のうちセンサ電極２０を取り囲む領域には、センサ電極２０に向って薄肉に遷移する傾斜部３８が形成されている。透明絶縁層３０のうち厚み寸法が実質的に均一な均厚部３１において感圧カバー１０と透明絶縁層３０とは接合されている。均厚部３１と傾斜部３８との境界にあたる上端縁３９で囲まれる開口部３２の内側で、感圧カバー１０は透明絶縁層３０と離間している。   The opening 32, which is a region where the transparent insulating layer 30 is not formed, includes a diameter-expanding portion 36 that expands from the sensor electrode 20 toward the transparent conductive layer 12 so as to increase in diameter. In other words, in the transparent insulating layer 30 in the region surrounding the sensor electrode 20, an inclined portion 38 that transitions toward the sensor electrode 20 in a thin wall is formed. The pressure-sensitive cover 10 and the transparent insulating layer 30 are bonded to each other at the thickness-equalized portion 31 having a substantially uniform thickness dimension in the transparent insulating layer 30. The pressure-sensitive cover 10 is separated from the transparent insulating layer 30 inside the opening 32 surrounded by the upper end edge 39 that is the boundary between the uniform thickness portion 31 and the inclined portion 38.

図３（ａ）は、感圧素子１００を小さな押圧力Ｆ１で押圧した状態を示す断面模式図である。図３（ｂ）は、感圧素子１００を大きな押圧力Ｆ２で押圧した状態を示す断面模式図である。ベースシート５０は対象物（図示せず）に固定支持され、押圧力Ｆ１および押圧力Ｆ２は感圧カバー１０に負荷される。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）においてはセンサ電極２０の表面２８および粘着層５４は図示省略している。   FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a state where the pressure-sensitive element 100 is pressed with a small pressing force F1. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing a state where the pressure-sensitive element 100 is pressed with a large pressing force F2. The base sheet 50 is fixedly supported by an object (not shown), and the pressing force F1 and the pressing force F2 are loaded on the pressure sensitive cover 10. 3A and 3B, the surface 28 of the sensor electrode 20 and the adhesive layer 54 are not shown.

押圧力Ｆ１が負荷されることで感圧カバー１０は凹状に撓み変形する。図３（ａ）に示すように、押圧力Ｆ１が所定の大きさに達すると感圧カバー１０の透明導電層１２はセンサ電極２０に当接する。そして、押圧力Ｆ１よりも大きな押圧力Ｆ２が負荷されると、図３（ｂ）に示すように透明導電層１２はより大きな接触面積でセンサ電極２０に押圧され、かつ透明導電層１２とセンサ電極２０との接触圧が増大する。押圧力Ｆ２が負荷された状態で、センサ電極２０の略全面に対して透明導電層１２が接触している。   When the pressing force F1 is applied, the pressure-sensitive cover 10 is bent and deformed in a concave shape. As shown in FIG. 3A, when the pressing force F1 reaches a predetermined magnitude, the transparent conductive layer 12 of the pressure sensitive cover 10 comes into contact with the sensor electrode 20. When a pressing force F2 larger than the pressing force F1 is applied, the transparent conductive layer 12 is pressed against the sensor electrode 20 with a larger contact area as shown in FIG. The contact pressure with the electrode 20 increases. The transparent conductive layer 12 is in contact with substantially the entire surface of the sensor electrode 20 with the pressing force F2 applied.

本実施形態の感圧素子１００は、押圧されていない初期状態で、段差３４（図１を参照）をもって透明導電層１２とセンサ電極２０とが非接触に離間している。このため、押圧力が負荷されて透明導電層１２とセンサ電極２０とが接触することで、両者の接触面積を零からセンサ電極２０の全面積まで大幅に変化させることができる。これにより、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗が大きく低下する。透明導電層１２とセンサ電極２０との接触面積の増大量と接触抵抗の低下量とは正の相関をもつ。さらに、押圧力が増大すると、既に接触している部分の接触状態が改善して接触抵抗がより減少していく。すなわち、本実施形態の感圧素子１００においては、接触面積の増大というマクロ要因と、接触状態の改善というミクロ要因とが相俟って相乗的に接触抵抗が低下する。このようにして、押圧力の大小に起因して発生する大きな抵抗変化を利用することで、押圧力を精度よく検知することができる。   In the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment, the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 are spaced apart from each other with a step 34 (see FIG. 1) in an initial state where the pressure-sensitive element 100 is not pressed. For this reason, when the pressing force is applied and the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 come into contact with each other, the contact area between the two can be greatly changed from zero to the entire area of the sensor electrode 20. Thereby, the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is greatly reduced. The amount of increase in contact area between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 and the amount of decrease in contact resistance have a positive correlation. Further, when the pressing force increases, the contact state of the already contacted portion is improved and the contact resistance is further reduced. That is, in the pressure sensitive element 100 of this embodiment, the contact resistance is reduced synergistically by combining the macro factor of increasing the contact area and the micro factor of improving the contact state. In this way, it is possible to detect the pressing force with high accuracy by using a large resistance change caused by the magnitude of the pressing force.

透明絶縁層３０の傾斜部３８は、センサ電極２０を取り囲む擂り鉢状に形成されている。図３（ｂ）に示すように、押圧力Ｆ２が負荷された状態で透明導電層１２は透明絶縁層３０の傾斜部３８に当接する。これにより、押圧力Ｆ２よりも大きい過大な押圧力が感圧カバー１０に負荷されても感圧カバー１０はこれ以上変形しないため、不測に大きな押圧力が負荷されても感圧カバー１０の塑性変形を防止することができる。また、透明絶縁層３０の傾斜部３８でセンサ電極２０の近傍までベースシート５０や引出配線４２を広く保護しつつも、上端縁３９をセンサ電極２０から大きく離間させることができる。このため、小さな押圧力Ｆ１で感圧カバー１０を湾曲させることができる。よって、本実施形態の感圧素子１００によれば、個々のセンサ電極２０を個別にタッチするタップ操作のみならず、複数のセンサ電極２０に亘って連続的に小さな押圧力が負荷されるスクロール操作（スワイプ操作、フリック操作、ピンチイン／ピンチアウト操作を含む）も良好に検知することができる。   The inclined portion 38 of the transparent insulating layer 30 is formed in a bowl shape surrounding the sensor electrode 20. As shown in FIG. 3B, the transparent conductive layer 12 contacts the inclined portion 38 of the transparent insulating layer 30 in a state where the pressing force F <b> 2 is applied. Thereby, even if an excessive pressing force larger than the pressing force F2 is applied to the pressure-sensitive cover 10, the pressure-sensitive cover 10 is not further deformed. Therefore, even if an unexpectedly large pressing force is applied, the plasticity of the pressure-sensitive cover 10 is increased. Deformation can be prevented. Further, the upper edge 39 can be largely separated from the sensor electrode 20 while the base sheet 50 and the lead-out wiring 42 are widely protected to the vicinity of the sensor electrode 20 by the inclined portion 38 of the transparent insulating layer 30. For this reason, the pressure-sensitive cover 10 can be curved with a small pressing force F1. Therefore, according to the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment, not only a tap operation for individually touching each sensor electrode 20 but also a scroll operation in which a small pressing force is continuously applied across the plurality of sensor electrodes 20. (Including swipe operation, flick operation, pinch-in / pinch-out operation) can also be detected well.

本実施形態の感圧素子１００は、ベースシート５０、透明絶縁層３０およびセンサ電極２０、ならびに感圧カバー１０を含む厚み方向全体に亘る光透過率が７０％以上である。すなわち、感圧素子１００を構成する、透明導電層１２と、センサ電極２０および透明絶縁層３０と、を複合した光透過率は７０％以上である。なお、本実施形態における感圧素子１００の光透過率とは５５０ｎｍの波長の可視光線の透過率をいう。このように高い光透過率を有するため、本実施形態の感圧素子１００をディスプレイ表示部３１０（図６各図を参照）などの対象物の表面に被着しても、当該対象物の視認性が低下しにくい。   In the pressure sensitive element 100 of this embodiment, the light transmittance over the entire thickness direction including the base sheet 50, the transparent insulating layer 30 and the sensor electrode 20, and the pressure sensitive cover 10 is 70% or more. That is, the light transmittance combining the transparent conductive layer 12, the sensor electrode 20, and the transparent insulating layer 30 constituting the pressure sensitive element 100 is 70% or more. Note that the light transmittance of the pressure-sensitive element 100 in this embodiment refers to the transmittance of visible light having a wavelength of 550 nm. Since it has such a high light transmittance, even if the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment is attached to the surface of an object such as the display display unit 310 (see FIGS. 6A and 6B), the object is visually recognized. It is difficult to decrease the nature.

感圧素子１００の光透過率を高くするにあたっては、センサ電極２０および引出配線４２（図２を参照）の光透過率を８０％以上、好ましくは８５％以上にするとよい。このため、本実施形態ではセンサ電極２０をベタ電極ではなくメッシュ電極とし、引出配線４２も同様にメッシュ状に作成することで大きな開口率および光透過率を実現している。   In order to increase the light transmittance of the pressure sensitive element 100, the light transmittance of the sensor electrode 20 and the lead-out wiring 42 (see FIG. 2) should be 80% or more, preferably 85% or more. For this reason, in this embodiment, the sensor electrode 20 is not a solid electrode but a mesh electrode, and the lead-out wiring 42 is similarly formed in a mesh shape to achieve a large aperture ratio and light transmittance.

図４は、本実施形態の感圧素子１００のセンサ電極２０および引出配線４２の平面図である。   FIG. 4 is a plan view of the sensor electrode 20 and the lead wiring 42 of the pressure-sensitive element 100 according to the present embodiment.

本実施形態のセンサ電極２０および引出配線４２は金属メッシュ配線により構成されている。センサ電極２０は、金属材料からなり互いに交差する複数本の導電ライン２４、２５で形成されたメッシュ電極である。以下、センサ電極をメッシュ電極と呼称する場合がある。図４では、導電ライン２４、２５の外形を囲む仮想的な矩形領域（二点鎖線で図示）をセンサ電極２０として示している。引出配線４２は、センサ電極２０を構成する導電ライン２４、２５がセンサ電極２０の外部に延在して形成されている。すなわち、導電ライン２４、２５は、センサ電極２０と引出配線４２とに亘って連続的に延在している。これにより、センサ電極２０と引出配線４２との間に接触抵抗は発生せず、電気信号の反射や損失が実質的に生じない。   The sensor electrode 20 and the lead wiring 42 of the present embodiment are configured by metal mesh wiring. The sensor electrode 20 is a mesh electrode formed of a plurality of conductive lines 24 and 25 made of a metal material and intersecting each other. Hereinafter, the sensor electrode may be referred to as a mesh electrode. In FIG. 4, a virtual rectangular region (shown by a two-dot chain line) surrounding the outer shape of the conductive lines 24 and 25 is shown as the sensor electrode 20. The lead wire 42 is formed by extending the conductive lines 24 and 25 constituting the sensor electrode 20 to the outside of the sensor electrode 20. In other words, the conductive lines 24 and 25 continuously extend across the sensor electrode 20 and the lead wiring 42. As a result, no contact resistance is generated between the sensor electrode 20 and the lead-out wiring 42, and no reflection or loss of electrical signals occurs substantially.

導電ライン２４の繰り返しピッチＰは、１００μｍ以上かつ５００μｍ以下である。導電ライン２４のライン幅Ｗは、２０μｍ以下である。導電ライン２５の繰り返しピッチＰおよびライン幅Ｗは、導電ライン２４と共通である。これにより、センサ電極（メッシュ電極）２０の開口率を７０％以上とすることができ、センサ電極２０の光透過率を８５％以上とすることができる。   The repetition pitch P of the conductive lines 24 is 100 μm or more and 500 μm or less. The line width W of the conductive line 24 is 20 μm or less. The repetition pitch P and the line width W of the conductive line 25 are the same as those of the conductive line 24. Thereby, the aperture ratio of the sensor electrode (mesh electrode) 20 can be set to 70% or more, and the light transmittance of the sensor electrode 20 can be set to 85% or more.

導電ライン２４、２５の交差角度は特に限定されないが、本実施形態では互いに直交するように配置されている。これにより、導電ライン２４、２５が形成されていないメッシュ開口２３は略正方形をなす。メッシュ開口２３からはセンサ電極２０の下地層にあたるベースシート５０が覗いている。   The crossing angle of the conductive lines 24 and 25 is not particularly limited, but in the present embodiment, they are arranged so as to be orthogonal to each other. Thereby, the mesh opening 23 in which the conductive lines 24 and 25 are not formed has a substantially square shape. From the mesh opening 23, a base sheet 50 corresponding to the underlayer of the sensor electrode 20 is viewed.

導電ライン２４、２５はエッチングまたは印刷法により形成することができる。センサ電極２０や引出配線４２をベタパターンで形成する場合と比較して、これらを金属メッシュ配線で形成することで配線長が長くなって配線抵抗が比較的大きくなる。しかしながら、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗が１ｋΩ／ｓｑ以上と大きく、センサ電極２０および引出配線４２の配線抵抗はこれよりも十分に小さくすることができるため、金属メッシュ配線による電圧降下に起因して押圧力の計測精度が低下する影響は無視することができる。また、導電ライン２４、２５は低抵抗の金属材料からなり、具体的には銅または銀を使用することができる。   The conductive lines 24 and 25 can be formed by etching or printing. Compared with the case where the sensor electrode 20 and the lead-out wiring 42 are formed with a solid pattern, the wiring length is increased and the wiring resistance is relatively increased by forming these with metal mesh wiring. However, since the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is as large as 1 kΩ / sq or more and the wiring resistance of the sensor electrode 20 and the lead-out wiring 42 can be made sufficiently smaller than this, the voltage due to the metal mesh wiring The influence that the measurement accuracy of the pressing force decreases due to the descent can be ignored. The conductive lines 24 and 25 are made of a low-resistance metal material, and specifically copper or silver can be used.

交差する導電ライン２４、２５どうしは同層に形成されている。そして、導電ライン２４と導電ライン２５との交点２６にはフィレット２７が形成されている。導電ライン２４と導電ライン２５とを異層で形成して交点２６で接合する場合と比較して、本実施形態のように導電ライン２４、２５を同層で形成することでセンサ電極２０および引出配線４２の配線抵抗を低減することができる。また、導電ライン２４と導電ライン２５とを異層で形成した場合には交点２６において重なりが生じてセンサ電極２０が局所的に厚くなり、透明導電層１２との接触抵抗が不安定に変動するところ、本実施形態のように導電ライン２４、２５を同層とすることでセンサ電極２０を平坦に作成することができる。これにより、感圧素子１００に負荷される押圧力と、透明導電層１２およびセンサ電極２０との間の接触抵抗と、の相関性が高くなり、接触抵抗の計測結果に基づいて押圧力を高い精度で算出することができる。   The intersecting conductive lines 24 and 25 are formed in the same layer. A fillet 27 is formed at an intersection 26 between the conductive line 24 and the conductive line 25. Compared with the case where the conductive line 24 and the conductive line 25 are formed in different layers and joined at the intersection 26, the conductive lines 24 and 25 are formed in the same layer as in this embodiment, so that the sensor electrode 20 and the lead-out are formed. The wiring resistance of the wiring 42 can be reduced. Further, when the conductive line 24 and the conductive line 25 are formed in different layers, an overlap occurs at the intersection point 26, the sensor electrode 20 becomes locally thick, and the contact resistance with the transparent conductive layer 12 fluctuates in an unstable manner. However, by forming the conductive lines 24 and 25 in the same layer as in the present embodiment, the sensor electrode 20 can be made flat. Thereby, the correlation between the pressing force applied to the pressure-sensitive element 100 and the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is increased, and the pressing force is increased based on the measurement result of the contact resistance. It can be calculated with accuracy.

上述したように、図２は本実施形態の感圧素子１００の用途である圧力センサ２００を示す。それぞれ一対の第一電極２１および第二電極２２からなる５式のセンサ電極２０（２０ａ〜２０ｅ）がベースシート５０の一方面５１にパターン形成されている。センサ電極２０の数量および形状は一例である。   As described above, FIG. 2 shows the pressure sensor 200 that is an application of the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment. Five types of sensor electrodes 20 (20 a to 20 e) each including a pair of first electrode 21 and second electrode 22 are patterned on one surface 51 of base sheet 50. The quantity and shape of the sensor electrode 20 are an example.

第一電極２１および第二電極２２にそれぞれ接続された複数本の引出配線４２（４２ａ〜４２ｆ）は電圧印加部４０で終端している。電圧印加部４０にはコネクタ２２０が連結され、フレキシブル配線２３０を介して検知部２１０に接続されている。   A plurality of lead wires 42 (42 a to 42 f) connected to the first electrode 21 and the second electrode 22 are terminated at the voltage application unit 40. A connector 220 is connected to the voltage application unit 40 and is connected to the detection unit 210 via the flexible wiring 230.

隣接するセンサ電極２０どうしの間隔（電極間隔）Ｄは、圧力センサ２００の用途により適宜設定することができる。一例として、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。図２では複数式のセンサ電極２０が一次元的（同図の上下方向）に配列されている状態を例示しているが、本実施形態はこれに限られない。センサ電極２０は二次元的に、格子状または千鳥状に配列して形成してもよく、またはランダム配置されてもよい。   An interval (electrode interval) D between adjacent sensor electrodes 20 can be appropriately set depending on the application of the pressure sensor 200. As an example, it may be 1 mm or more and 10 mm or less. Although FIG. 2 illustrates a state in which a plurality of sensor electrodes 20 are arranged one-dimensionally (vertical direction in the figure), the present embodiment is not limited to this. The sensor electrodes 20 may be two-dimensionally arranged in a lattice or zigzag pattern, or may be randomly arranged.

図５は、図１に示した本実施形態の感圧素子１００の感圧特性の実験例を示すグラフである。縦軸は透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗［Ω］を表し、横軸は押圧力［ｇ・ｆ／ｃｍ２］を表す。縦軸および横軸は対数表示している。 FIG. 5 is a graph showing an experimental example of pressure-sensitive characteristics of the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment shown in FIG. The vertical axis represents the contact resistance [Ω] between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20, and the horizontal axis represents the pressing force [g · f / cm 2 ]. The vertical and horizontal axes are logarithmically displayed.

ベースシート５０およびカバーフィルム１４にはＰＥＴを用い、センサ電極２０を構成する導電ライン２４、２５にはライン幅Ｗが１０μｍの銅メッシュを用い、透明絶縁層３０には透明レジスト材料を用いた。透明導電層１２は、カーボンナノチューブを分散させたコーティング液をカバーフィルム１４の全面に塗布して作成した。カーボンナノチューブの分散量をコントロールして透明導電層１２の表面抵抗を１．５ｋΩ／ｓｑに調整した。   PET was used for the base sheet 50 and the cover film 14, a copper mesh having a line width W of 10 μm was used for the conductive lines 24 and 25 constituting the sensor electrode 20, and a transparent resist material was used for the transparent insulating layer 30. The transparent conductive layer 12 was prepared by applying a coating liquid in which carbon nanotubes were dispersed to the entire surface of the cover film 14. The surface resistance of the transparent conductive layer 12 was adjusted to 1.5 kΩ / sq by controlling the amount of carbon nanotube dispersion.

図５に示すように、押圧力が実質的に負荷されていない初期状態において、接触抵抗は約２０ＭΩであり、１０ＭΩを超えていた。そして、押圧力を増大させて８から２０ｇ・ｆ／ｃｍ２の閾値荷重（ＬＴＨ）に至ると、接触抵抗は約２０ｋΩ程度まで急落した。なお、２０ｇ・ｆ／ｃｍ２は、指先でタッチした場合の押圧力と同等である。閾値荷重（ＬＴＨ）以下の押圧力を負荷しているとき、透明導電層１２とセンサ電極２０とは離間しており非接触状態（ＮＣ）であった。そして、閾値荷重（ＬＴＨ）を超えて押圧力を増大させ、ペン先で押圧した場合の押圧力に相当する８０〜１００ｇ・ｆ／ｃｍ２の押圧力を負荷すると、接触抵抗は数ｋΩまで、すなわち１０ｋΩ以下まで漸減した。このとき、透明導電層１２とセンサ電極２０とは接触状態（ＣＮＴ）であった。 As shown in FIG. 5, in the initial state where the pressing force was not substantially applied, the contact resistance was about 20 MΩ, which exceeded 10 MΩ. When the pressing force was increased to reach a threshold load (LTH) of 8 to 20 g · f / cm 2 , the contact resistance rapidly dropped to about 20 kΩ. Note that 20 g · f / cm 2 is equivalent to the pressing force when touching with a fingertip. When a pressing force equal to or lower than the threshold load (LTH) is applied, the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 are separated from each other and are in a non-contact state (NC). When the pressing force is increased beyond the threshold load (LTH) and a pressing force of 80 to 100 g · f / cm 2 corresponding to the pressing force when pressing with the pen tip is loaded, the contact resistance is up to several kΩ, That is, it gradually decreased to 10 kΩ or less. At this time, the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 were in contact (CNT).

以上の結果より、本実施形態の感圧素子１００によれば、透明導電層１２とセンサ電極２０とが非接触状態（ＮＣ）から接触状態（ＣＮＴ）に至ることで、接触面積の増大というマクロ要因により接触抵抗が約２０ＭΩから約２０ｋΩまで３桁に亘って低下することがわかった。さらに、接触状態（ＣＮＴ）において押圧力を増大させることで、接触状態の改善というミクロ要因により接触抵抗を数ｋΩまで更に低下させることができた。これにより、非接触状態（ＮＣ）を基準として４桁に亘る広いダイナミックレンジで接触抵抗が応答する特性が得られることが分かった。   From the above results, according to the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment, the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 change from the non-contact state (NC) to the contact state (CNT), thereby increasing the contact area. It was found that the contact resistance decreased by about 3 orders of magnitude from about 20 MΩ to about 20 kΩ. Furthermore, by increasing the pressing force in the contact state (CNT), the contact resistance could be further reduced to several kΩ due to a micro factor of improvement of the contact state. As a result, it has been found that the contact resistance responds with a wide dynamic range of 4 digits with reference to the non-contact state (NC).

図６（ａ）は、本実施形態の感圧素子１００を備える表示デバイス３００の一部切欠斜視図である。感圧素子１００の一部を切り欠いてディスプレイ表示部３１０を露出させて図示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面模式図である。同図の左方は図示を省略している。   FIG. 6A is a partially cutaway perspective view of a display device 300 including the pressure sensitive element 100 of the present embodiment. A part of the pressure-sensitive element 100 is cut away, and the display unit 310 is exposed. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The illustration on the left side of the figure is omitted.

本実施形態の表示デバイス３００は、文字、図形または記号を表示するディスプレイ表示部３１０を備えている。
表示デバイス３００は、感圧素子１００および検知部２１０を備えている。感圧素子１００はディスプレイ表示部３１０の前面側に取り付けられている。検知部２１０は、感圧素子１００の電圧印加部４０（図２を参照）に電気的に接続されて、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗を定量的に検知する（図１を参照）。
本実施形態の表示デバイス３００は、定量的に検知された接触抵抗を示す筆圧情報、およびこの接触抵抗が変動したセンサ電極２０の二次元位置を示すタッチ位置情報を、検知部２１０から取得する。 The display device 300 of the present embodiment includes a display display unit 310 that displays characters, figures, or symbols.
The display device 300 includes a pressure sensitive element 100 and a detection unit 210. The pressure sensitive element 100 is attached to the front side of the display unit 310. The detection unit 210 is electrically connected to the voltage application unit 40 (see FIG. 2) of the pressure-sensitive element 100, and quantitatively detects the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 (see FIG. 1). reference).
The display device 300 according to the present embodiment acquires writing pressure information indicating the contact resistance quantitatively detected and touch position information indicating the two-dimensional position of the sensor electrode 20 in which the contact resistance has changed from the detection unit 210. .

本実施形態の表示デバイス３００によれば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどのディスプレイ表示部３１０の視認性の低下を抑制しつつ、ディスプレイ表示部３１０の前面側に取り付けられた本実施形態の感圧素子１００を用いて高い計測精度によりタッチ操作を検出することができる。すなわち、特許文献１の表示入力装置のようにディスプレイ表示部の背面側に感圧素子を配置した場合にはタッチ操作の押圧力がディスプレイ表示部で拡散してしまって検知精度が低下する。これに対し、本実施形態では感圧素子１００をディスプレイ表示部３１０の前面側に配置するため、ユーザがタッチ操作した際の押圧力を鋭敏に検知することができる。   According to the display device 300 of the present embodiment, the present embodiment attached to the front side of the display display unit 310 while suppressing a reduction in the visibility of the display unit 310 such as a liquid crystal display or an organic EL (electroluminescence) display. The touch operation can be detected with high measurement accuracy using the pressure sensitive element 100 of the form. That is, when a pressure sensitive element is arranged on the back side of the display display unit as in the display input device of Patent Document 1, the pressing force of the touch operation is diffused in the display display unit, and the detection accuracy is lowered. On the other hand, in this embodiment, since the pressure sensitive element 100 is arrange | positioned in the front side of the display display part 310, the pressing force at the time of a user touch-operating can be detected sharply.

感圧素子１００は、感圧カバー１０が最前面に位置し、ベースシート５０がディスプレイ表示部３１０の側を向くようにして表示デバイス３００に取り付けられている。表示デバイス３００は、感圧素子１００およびディスプレイ表示部３１０のほか、回路基板３２０および保護カバー３３０を備えている。保護カバー３３０は、回路基板３２０を支持し、ディスプレイ表示部３１０および感圧素子１００を保護している。   The pressure sensitive element 100 is attached to the display device 300 such that the pressure sensitive cover 10 is positioned at the forefront and the base sheet 50 faces the display display unit 310 side. The display device 300 includes a circuit board 320 and a protective cover 330 in addition to the pressure-sensitive element 100 and the display display unit 310. The protective cover 330 supports the circuit board 320 and protects the display display unit 310 and the pressure sensitive element 100.

回路基板３２０には、検知部２１０のほか演算制御部３２２および電源部３２４が設けられている。電源部３２４は、検知部２１０および演算制御部３２２に電力を供給する。検知部２１０は、電源部３２４から給電されて感圧素子１００のセンサ電極２０（図２を参照）に電圧を印加し、タッチ操作により接触抵抗が低下したセンサ電極２０を検知するとともに、低下した接触抵抗または接触抵抗から換算可能な物理量（あわせて、接触抵抗という）を定量的に取得する。演算制御部３２２は、検知部２１０が取得した接触抵抗を受信し、予め設定された所定の換算式に基づいて接触抵抗を押圧力に変換し、筆圧情報として取得する。演算制御部３２２はディスプレイ表示部３１０と接続されている。演算制御部３２２は、この筆圧情報の大小に基づいて、ディスプレイ表示部３１０で表示する図柄を拡大したり線を太くしたりするなど表示態様を所定に変化させる。   The circuit board 320 is provided with a calculation control unit 322 and a power supply unit 324 in addition to the detection unit 210. The power supply unit 324 supplies power to the detection unit 210 and the calculation control unit 322. The detection unit 210 is supplied with power from the power supply unit 324 and applies a voltage to the sensor electrode 20 (see FIG. 2) of the pressure-sensitive element 100 to detect the sensor electrode 20 whose contact resistance has decreased due to the touch operation, and has decreased. Quantitatively acquire contact resistance or physical quantity that can be converted from contact resistance (also referred to as contact resistance). The arithmetic control unit 322 receives the contact resistance acquired by the detection unit 210, converts the contact resistance into a pressing force based on a predetermined conversion formula set in advance, and acquires it as writing pressure information. The arithmetic control unit 322 is connected to the display display unit 310. Based on the magnitude of the writing pressure information, the arithmetic control unit 322 changes the display mode in a predetermined manner, such as enlarging the symbol displayed on the display display unit 310 or making the line thicker.

このように、本実施形態の感圧素子１００を表示デバイス３００に搭載することにより、専用のペン型入力装置を使用せずとも、ユーザが指でタッチ操作する際の押圧力を感圧素子１００で検知して筆圧情報として定量的に取得することができる。   As described above, by mounting the pressure sensitive element 100 of the present embodiment on the display device 300, the pressing force when the user performs a touch operation with a finger without using a dedicated pen-type input device can be used. And can be quantitatively acquired as writing pressure information.

以上説明した本実施形態の感圧素子１００は透明でフレキシブルであることから、従来困難とされていた新規な用途を実現することができる。たとえば、任意の物体表面に感圧素子１００を貼りつけて、内部の視認性を妨げずに、表面に働く圧力を検知する簡易な計測に用いることができる。また、曲面形状や球面のようなディスプレイまたは照明などの表面や下面に装着してタッチ操作に供することができ、さらに押圧力の強弱によって種々の機能を切り替えて実行させることができる。また、従来のタッチパネルのように二次元平面でのタッチ入力ができることに加え、電子黒板や電子ペーパーに応用して三次元入力が可能なユーザインターフェイスとして使用することができる。   Since the pressure-sensitive element 100 of the present embodiment described above is transparent and flexible, it can realize a novel application that has been considered difficult in the past. For example, the pressure-sensitive element 100 can be attached to an arbitrary object surface and used for simple measurement for detecting the pressure acting on the surface without disturbing the internal visibility. In addition, it can be used for a touch operation by being attached to a surface or lower surface of a display or illumination such as a curved surface or a spherical surface, and various functions can be switched and executed depending on the strength of the pressing force. In addition to being able to perform touch input on a two-dimensional plane as in a conventional touch panel, it can be used as a user interface capable of three-dimensional input by being applied to an electronic blackboard or electronic paper.

＜第二実施形態＞
図７は、本発明の第二実施形態の感圧素子１１０にかかる断面模式図である。第一実施形態の感圧素子１００と重複する説明は適宜省略する。 <Second embodiment>
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the pressure-sensitive element 110 according to the second embodiment of the present invention. Description overlapping with the pressure-sensitive element 100 of the first embodiment will be omitted as appropriate.

本実施形態の感圧素子１１０は、押圧力が負荷されていない初期状態でセンサ電極２０と透明導電層１２とが当接している点で第一実施形態の感圧素子１００と相違している。これにより、カバーフィルム１４またはベースシート５０に押圧力を負荷することで、透明導電層１２とセンサ電極２０との接触抵抗は、互いの接触状態の改善というミクロ要因によってもっぱら低下する。   The pressure-sensitive element 110 of this embodiment is different from the pressure-sensitive element 100 of the first embodiment in that the sensor electrode 20 and the transparent conductive layer 12 are in contact with each other in an initial state where no pressing force is applied. . Thereby, by applying a pressing force to the cover film 14 or the base sheet 50, the contact resistance between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 is reduced solely by a micro factor of improvement of the mutual contact state.

また、透明導電層１２がセンサ電極２０と同形状にパターン形成されている点でも第一実施形態の感圧素子１００と相違している。すなわち、本実施形態の透明導電層１２はセンサ電極２０に対応する位置および形状にパターン形成された対向電極である。   The transparent conductive layer 12 is also different from the pressure-sensitive element 100 of the first embodiment in that the transparent conductive layer 12 is patterned in the same shape as the sensor electrode 20. That is, the transparent conductive layer 12 of the present embodiment is a counter electrode patterned in a position and shape corresponding to the sensor electrode 20.

透明導電層１２およびセンサ電極２０には引出配線４２が個別に設けられており、透明導電層１２とセンサ電極２０との間に電圧が印加されている。透明導電層１２およびセンサ電極２０には、図４で示したメッシュ電極を共通して採用することができる。これにより、透明導電層１２とセンサ電極２０を、ともに高い光透過率とすることができる。   The transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 are individually provided with lead wires 42, and a voltage is applied between the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20. The mesh electrode shown in FIG. 4 can be commonly used for the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20. Thereby, both the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 can have high light transmittance.

図５に接触状態（ＣＮＴ）として示したように、接触状態の改善というミクロ要因による接触抵抗の変動は、押圧力の変化に伴って両対数グラフでほぼ線形に再現性よく変動する。このため、本実施形態の感圧素子１１０のように初期状態で透明導電層１２とセンサ電極２０とを接触させておくことで、ダイナミックレンジは小さくなるものの押圧力の計測精度を高めることができる。   As shown in FIG. 5 as the contact state (CNT), the change in contact resistance due to the micro factor of improvement in the contact state varies almost linearly with good reproducibility in the log-log graph as the pressing force changes. For this reason, when the transparent conductive layer 12 and the sensor electrode 20 are kept in contact with each other in the initial state as in the pressure-sensitive element 110 of the present embodiment, the measurement accuracy of the pressing force can be increased although the dynamic range is reduced. .

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
たとえば、図２に示す圧力センサ２００において、引出配線４２ａ〜４２ｆの配線長の相違に起因する計測誤差を低減するため、センサ電極２０から電圧印加部４０までの配線長が短い引出配線４２ａに比べて、配線長が長い引出配線４２ｆを構成する導電ライン２４、２５（図４を参照）のライン幅Ｗまたは繰り返しピッチＰを小さくしてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and improvements as long as the object of the present invention is achieved.
For example, in the pressure sensor 200 shown in FIG. 2, in order to reduce the measurement error due to the difference in the wiring length of the lead wires 42a to 42f, the wire length from the sensor electrode 20 to the voltage applying unit 40 is shorter than that of the lead wire 42a. Thus, the line width W or the repetition pitch P of the conductive lines 24 and 25 (see FIG. 4) constituting the lead wiring 42f having a long wiring length may be reduced.

また、表示デバイス３００に感圧素子１００を搭載するにあたり、ディスプレイ表示部３１０の表面に感圧素子１００を被着することに代えて、ディスプレイ表示部３１０の内部に感圧素子１００を作り込んで設置してもよい。   Further, when mounting the pressure sensitive element 100 on the display device 300, the pressure sensitive element 100 is built in the display display unit 310 instead of attaching the pressure sensitive element 100 to the surface of the display display unit 310. May be installed.

本発明の感圧素子１００、圧力センサ２００および表示デバイス３００の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はない。複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。   The various components of the pressure-sensitive element 100, the pressure sensor 200, and the display device 300 of the present invention do not have to be individually independent. A plurality of components are formed as one member, a component is formed of a plurality of members, one component is a part of another component, and one component is And a part of other components are allowed to overlap.

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）透明導電層と、複数の光透過性のセンサ電極がパターン形成され、前記透明導電層に対向して配置された透明絶縁層と、前記センサ電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、押圧力が負荷されることにより前記透明導電層と前記センサ電極との接触抵抗が変動する光透過性の感圧素子。
（２）前記センサ電極が、金属材料からなり互いに交差する複数本の導電ラインで形成されたメッシュ電極である上記（１）に記載の感圧素子。
（３）交差する前記導電ラインどうしが同層に形成されている上記（２）に記載の感圧素子。
（４）前記導電ラインの繰り返しピッチが１００μｍ以上かつ５００μｍ以下であり、前記導電ラインのライン幅が２０μｍ以下であり、前記メッシュ電極の開口率が７０％以上であることを特徴とする上記（３）に記載の感圧素子。
（５）前記透明導電層と、前記センサ電極および前記透明絶縁層と、を複合した光透過率が７０％以上である上記（１）から（４）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（６）前記透明絶縁層は、前記センサ電極を収容する開口部を有し、前記透明絶縁層と前記センサ電極における前記透明導電層に対向する表面との間に段差が形成されて前記センサ電極が前記透明導電層と離間している上記（１）から（５）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（７）前記開口部が、前記センサ電極から前記透明導電層に向って大径に拡大する拡径部を備える上記（６）に記載の感圧素子。
（８）前記センサ電極の前記表面がメッキ処理されている上記（６）または（７）に記載の感圧素子。
（９）前記透明導電層が、複数の前記センサ電極を包含する広域領域に亘って形成されている上記（１）から（８）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（１０）前記透明導電層の表面抵抗率が１ｋΩ／ｓｑ以上かつ１ＭΩ／ｓｑ以下であり、前記接触抵抗の上限値が１０ＭΩ以上かつ前記接触抵抗の下限値が１０ｋΩ以下である上記（９）に記載の感圧素子。
（１１）前記透明導電層が、成膜された金属酸化物、導電性のナノワイヤー材料を絶縁性の透明樹脂材料に分散させた導電樹脂シート、または導電性ポリマー材料をシート状に成形した導電樹脂シートである上記（１０）に記載の感圧素子。
（１２）前記透明導電層または前記透明絶縁層を一方面側で支持する可撓性かつ光透過性のベースシートを備え、前記ベースシートの他方面側に粘着層が設けられていることを特徴とする上記（１）から（１１）のいずれか一項に記載の感圧素子。
（１３）上記（１）から（１２）のいずれか一項に記載の感圧素子と、前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備える圧力センサ。
（１４）文字、図形または記号を表示するディスプレイ表示部を備える表示デバイスであって、前記ディスプレイ表示部の前面側に取り付けられた上記（１）から（１２）のいずれか一項に記載の感圧素子と、前記感圧素子の前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備え、前記接触抵抗を示す筆圧情報および前記接触抵抗が変動した前記センサ電極の二次元位置を示すタッチ位置情報を前記検知手段から取得する表示デバイス。 The above embodiment includes the following technical idea.
(1) A transparent conductive layer, a plurality of light-transmitting sensor electrodes are patterned, a transparent insulating layer disposed to face the transparent conductive layer, a voltage applying unit that applies a voltage to the sensor electrode, A light-transmitting pressure-sensitive element in which contact resistance between the transparent conductive layer and the sensor electrode varies when a pressing force is applied.
(2) The pressure sensitive element according to (1), wherein the sensor electrode is a mesh electrode made of a metal material and formed by a plurality of conductive lines intersecting each other.
(3) The pressure sensitive element according to (2), wherein the intersecting conductive lines are formed in the same layer.
(4) The above-described (3), wherein a repetition pitch of the conductive lines is 100 μm or more and 500 μm or less, a line width of the conductive lines is 20 μm or less, and an aperture ratio of the mesh electrode is 70% or more. ).
(5) The pressure-sensitive element according to any one of (1) to (4), wherein a light transmittance combining the transparent conductive layer, the sensor electrode, and the transparent insulating layer is 70% or more. .
(6) The transparent insulating layer has an opening that accommodates the sensor electrode, and a step is formed between the transparent insulating layer and a surface of the sensor electrode facing the transparent conductive layer. The pressure sensitive element according to any one of (1) to (5), wherein is spaced from the transparent conductive layer.
(7) The pressure-sensitive element according to (6), wherein the opening includes a diameter-expanding portion that expands from the sensor electrode toward the transparent conductive layer with a large diameter.
(8) The pressure sensitive element according to (6) or (7), wherein the surface of the sensor electrode is plated.
(9) The pressure sensitive element according to any one of (1) to (8), wherein the transparent conductive layer is formed over a wide area including the plurality of sensor electrodes.
(10) In the above (9), the surface resistivity of the transparent conductive layer is 1 kΩ / sq or more and 1 MΩ / sq or less, the upper limit value of the contact resistance is 10 MΩ or more, and the lower limit value of the contact resistance is 10 kΩ or less. The pressure-sensitive element as described.
(11) The transparent conductive layer is formed by forming a metal oxide, a conductive resin sheet in which a conductive nanowire material is dispersed in an insulating transparent resin material, or a conductive polymer material formed into a sheet shape. The pressure-sensitive element according to (10), which is a resin sheet.
(12) A flexible and light-transmitting base sheet that supports the transparent conductive layer or the transparent insulating layer on one side is provided, and an adhesive layer is provided on the other side of the base sheet. The pressure-sensitive element according to any one of (1) to (11) above.
(13) The pressure-sensitive element according to any one of (1) to (12), and a detection unit that is electrically connected to the voltage application unit and quantitatively detects the contact resistance. Pressure sensor.
(14) A display device including a display display unit that displays characters, figures, or symbols, the feeling according to any one of (1) to (12) attached to the front side of the display display unit A pressure element, and a detection unit that is electrically connected to the voltage application unit of the pressure-sensitive element and quantitatively detects the contact resistance, and the pen pressure information indicating the contact resistance and the contact resistance vary. A display device that acquires touch position information indicating a two-dimensional position of the sensor electrode from the detection means.

１０ 感圧カバー
１２ 透明導電層
１４ カバーフィルム
２０、２０ａ〜２０ｅ センサ電極
２１ 第一電極
２２ 第二電極
２３ メッシュ開口
２４ 導電ライン
２５ 導電ライン
２６ 交点
２７ フィレット
２８ 表面
３０ 透明絶縁層
３１ 均厚部
３２ 開口部
３４ 段差
３６ 拡径部
３８ 傾斜部
３９ 上端縁
４０ 電圧印加部
４２、４２ａ〜４２ｆ 引出配線
５０ ベースシート
５１ 一方面
５２ 他方面
５４ 粘着層
１００、１１０ 感圧素子
２００ 圧力センサ
２１０ 検知部
２２０ コネクタ
２３０ フレキシブル配線
３００ 表示デバイス
３１０ ディスプレイ表示部
３２０ 回路基板
３２２ 演算制御部
３２４ 電源部
３３０ 保護カバー
Ｄ 電極間隔
Ｆ１、Ｆ２ 押圧力
Ｐ 繰り返しピッチ
Ｗ ライン幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pressure-sensitive cover 12 Transparent conductive layer 14 Cover film 20, 20a-20e Sensor electrode 21 First electrode 22 Second electrode 23 Mesh opening 24 Conductive line 25 Conductive line 26 Intersection 27 Fillet 28 Surface 30 Transparent insulating layer 31 Thickness part 32 Opening 34 Step 36 Expanded portion 38 Inclined portion 39 Upper edge 40 Voltage application portion 42, 42a to 42f Lead wire 50 Base sheet 51 One side 52 Other side 54 Adhesive layer 100, 110 Pressure sensitive element 200 Pressure sensor 210 Detector 220 Connector 230 Flexible wiring 300 Display device 310 Display display unit 320 Circuit board 322 Operation control unit 324 Power supply unit 330 Protective cover D Electrode spacing F1, F2 Pressing force P Repeat pitch W Line width

Claims (12)

透明導電層と、
複数の光透過性のセンサ電極がパターン形成され、前記透明導電層に対向して配置された透明絶縁層と、
前記センサ電極に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
前記透明絶縁層は、前記センサ電極を収容する開口部を有し、
前記透明絶縁層と前記センサ電極における前記透明導電層に対向する表面との間に段差が形成されて前記センサ電極が前記透明導電層と離間しており、
前記開口部は、前記センサ電極から前記透明導電層に向って大径に拡大する拡径部を備え、
押圧力が負荷されることにより前記透明導電層と前記センサ電極との接触抵抗が変動する光透過性の感圧素子。 A transparent conductive layer;
A plurality of light-transmitting sensor electrodes are patterned, and a transparent insulating layer disposed to face the transparent conductive layer;
A voltage application unit for applying a voltage to the sensor electrode,
The transparent insulating layer has an opening for accommodating the sensor electrode,
A step is formed between the transparent insulating layer and the surface of the sensor electrode facing the transparent conductive layer, and the sensor electrode is separated from the transparent conductive layer,
The opening includes a diameter-expanded portion that expands from the sensor electrode toward the transparent conductive layer with a large diameter,
A light-transmitting pressure-sensitive element in which a contact resistance between the transparent conductive layer and the sensor electrode varies when a pressing force is applied. 前記センサ電極が、金属材料からなり互いに交差する複数本の導電ラインで形成されたメッシュ電極である請求項１に記載の感圧素子。   The pressure-sensitive element according to claim 1, wherein the sensor electrode is a mesh electrode made of a metal material and formed by a plurality of conductive lines intersecting each other. 交差する前記導電ラインどうしが同層に形成されている請求項２に記載の感圧素子。   The pressure sensitive element according to claim 2, wherein the intersecting conductive lines are formed in the same layer. 前記導電ラインの繰り返しピッチが１００μｍ以上かつ５００μｍ以下であり、前記導電ラインのライン幅が２０μｍ以下であり、前記メッシュ電極の開口率が７０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の感圧素子。   The repeating pitch of the conductive lines is 100 μm or more and 500 μm or less, the line width of the conductive lines is 20 μm or less, and the aperture ratio of the mesh electrode is 70% or more. Pressure sensitive element. 前記透明導電層と、前記センサ電極および前記透明絶縁層と、を複合した光透過率が７０％以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の感圧素子。   5. The pressure-sensitive element according to claim 1, wherein a light transmittance of the transparent conductive layer, the sensor electrode, and the transparent insulating layer is 70% or more. 前記センサ電極の前記表面がメッキ処理されている請求項１に記載の感圧素子。 The pressure-sensitive element according to claim 1 , wherein the surface of the sensor electrode is plated. 前記透明導電層が、複数の前記センサ電極を包含する広域領域に亘って形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の感圧素子。 The transparent conductive layer, the pressure-sensitive element according to a plurality of any one of the sensor electrode from claim 1 over a wide area is formed including 6. 前記透明導電層の表面抵抗率が１ｋΩ／ｓｑ以上かつ１ＭΩ／ｓｑ以下であり、前記接触抵抗の上限値が１０ＭΩ以上かつ前記接触抵抗の下限値が１０ｋΩ以下である請求項７に記載の感圧素子。 8. The pressure sensitive sensor according to claim 7 , wherein the surface resistivity of the transparent conductive layer is 1 kΩ / sq or more and 1 MΩ / sq or less, the upper limit value of the contact resistance is 10 MΩ or more, and the lower limit value of the contact resistance is 10 kΩ or less. element. 前記透明導電層が、成膜された金属酸化物、導電性のナノワイヤー材料を絶縁性の透明樹脂材料に分散させた導電樹脂シート、または導電性ポリマー材料をシート状に成形した導電樹脂シートである請求項８に記載の感圧素子。 The transparent conductive layer is a metal oxide formed, a conductive resin sheet in which a conductive nanowire material is dispersed in an insulating transparent resin material, or a conductive resin sheet obtained by forming a conductive polymer material into a sheet shape. The pressure-sensitive element according to claim 8 . 前記透明導電層または前記透明絶縁層を一方面側で支持する可撓性かつ光透過性のベースシートを備え、前記ベースシートの他方面側に粘着層が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の感圧素子。 A flexible and light-transmitting base sheet that supports the transparent conductive layer or the transparent insulating layer on one side is provided, and an adhesive layer is provided on the other side of the base sheet. Item 10. The pressure sensitive element according to any one of Items 1 to 9 . 請求項１から１０のいずれか一項に記載の感圧素子と、
前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備える圧力センサ。 The pressure sensitive element according to any one of claims 1 to 10 ,
A pressure sensor that is electrically connected to the voltage application unit and quantitatively detects the contact resistance. 文字、図形または記号を表示するディスプレイ表示部を備える表示デバイスであって、
前記ディスプレイ表示部の前面側に取り付けられた請求項１から１０のいずれか一項に記載の感圧素子と、
前記感圧素子の前記電圧印加部に電気的に接続されて前記接触抵抗を定量的に検知する検知手段と、を備え、
前記接触抵抗を示す筆圧情報および前記接触抵抗が変動した前記センサ電極の二次元位置を示すタッチ位置情報を前記検知手段から取得する表示デバイス。 A display device having a display display unit for displaying characters, figures or symbols,
The pressure-sensitive element according to any one of claims 1 to 10 , which is attached to the front side of the display display unit,
A detection means that is electrically connected to the voltage application section of the pressure-sensitive element and quantitatively detects the contact resistance;
A display device that acquires writing pressure information indicating the contact resistance and touch position information indicating a two-dimensional position of the sensor electrode at which the contact resistance fluctuates from the detection unit.
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